科普集成电路:一文看懂电路三个层次的集成!

集成,integration,是指将不同的功用单元会聚到一同,并能完成其特定功用的过程,集成多指人类的活动,集成电路、系统集成是比拟常见的名词。前面一篇文章,集成的尺度和维度,我们从尺度和维度两个方面对集成停止理解析。

这篇文章,我们从层次-Level和环节-Step两个方面来分析现代电子集成技术。

1集成的层次

电子系统的集成主要分为三个层次(Level):芯片上的集成,封装内的集成,PCB板级集成,如下图所示:

芯片上集成的根本单元是晶体管Transistor,我们称之为功用细胞 (Function Cell),大量的功用细胞集成在一同构成了芯片。

封装内集成的根本单元是上一步完成的裸芯片或者小芯片Chiplet,我们称之为功用单元 (Function Unit),这些功用单元在封装内集成构成了SiP。

PCB上集成的根本单元是上一步完成的封装或SiP,我们称之为微系统(MicroSystem),这些微系统在PCB上集成为尺度更大的系统。

能够看出,集成的层次是一步步停止的,每一个层次的集成,其功用在上一个层次的根底上不时地完善,尺度在也不时地放大。

到了PCB这一层次,电子系统的功用曾经比拟完备,尺度也曾经放大合适人类操控的地步,加上其他的部件,就构成了人们最常用的系统——常系统 (Common System),例如我们每天接触的手机或电脑。

芯片上的集成    

芯片上的晶体管之所以被称作功用细胞,由于它是不可再分的最小功用单位。

功用细胞的数量也成为系统先进性的重要标志,人体的细胞数量为40~60万亿,系统假如要想真正成为像人一样智能的系统,其包含的功用细胞或许也要到达相同的量级。

为了集成更多的功用细胞,晶体管只能越做越小。如今的晶体管尺寸可能只要最初晶体管刚创造时尺寸的亿万分之一,而其根本功用却是没有变化的。

芯片上的集成,首先要制造出功用细胞,并将它们集成在一同,这些作为功用细胞的晶体管是怎样制造出来并集成在一同的呢?从极简的视角来说,我们需求理解三类资料和三类工艺。

导体、半导体、绝缘体

固然芯片上的资料十分多,现代集成电路中用到的资料简直要穷尽元素周期表,一切的资料能够分为三大类:导体、半导体、绝缘体。

导体担任传输电子,绝缘体担任隔离电子,其中最重要的自然是半导体,由于它是可变的,它有时分变成导体(导通),允许电子经过,有时分可变成绝缘体(关断),阻隔电子经过。并且,这种变化是可控的,经过设计特别的构造,并施加电流或者电压来控制。

在导体中,导带与价带堆叠,其中不存在禁带,电子容易产生挪动,在外加电场下构成电流;在半导体中,少局部电子能够跃迁到导带,并在外加电场下构成电流;在绝缘体中,电子无法越过禁带,因此无法构成电流。

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